高中物理人教版选修3-2 4.6 互感和自感导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-2 4.6 互感和自感导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 16:44:27 | ||
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文档简介
互感和自感
诱学·导入·点拨
材料：如图所示，李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻，已判断它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便，用两手分别握住线圈的两端让李辉测量，测量后李辉确认线圈没有断路，因为多用电表的表盘显示线圈有一定的电阻。正当李辉把多用电表的表笔与线圈脱离时，刘伟突然惊叫起来，觉得有电击感。李辉很奇怪，用手摸摸线圈的两端，没什么感觉，再摸摸多用电表的表笔两端，也没什么感觉。?
问题：试想为什么刘伟感到电击而李辉没有感到，这是什么原因呢？?
导入点拨：根据多用电表欧姆挡测电阻的原理可知，当两表笔与线圈相连时，表内电源与线圈构成闭合回路，线圈中有电流。两表笔与线圈断开时，电流减小到零，这一瞬间，通过变压器线圈中的磁通量发生了变化，在线圈中会产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势很大，所以刘伟会感到电击。当李辉再去摸时，这一感应电动势已经消失，所以他不会有电击的感觉。
知识·巧学·升华
一、互感现象?
1.实验探究?
在如图所示的电路中，当闭合和断开开关S时，电流计的指针有什么变化？该电路中两个线圈所组成的电路彼此不通，电流计中的电流是如何产生的？
（1）现象：闭合电键S和断开电键S时，电流计的指针发生偏转。?
（2）分析论证：M线圈中磁场发生变化，引起N中磁通量变化，产生感应电动势，形成感应电流。?
2.互感现象?
在上图所示的电路中，左侧线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化的磁场会在右侧线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感，这种电动势叫做互感电动势。
要点提示 （1）互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且发生于任何相互靠拢的电路之间；（2）互感现象可以把能量由一个电路转移到另一个电路。
3.在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要求设法减小电路间的互感现象。?
二、自感现象
1.实验探究?
（1）实验电路?
在图甲所示的电路中，先闭合开关S，调节R使两灯泡的亮度相同，再调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。?
重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况有何不同？在图4-6-3乙中，断开开关的瞬间，观察灯泡A是否会立即熄灭？?
（2）实验现象?
在图甲中，闭合开关S，灯泡A2立即正常发光，而跟线圈L串联的灯泡A1却是逐渐亮起来的，这种现象称通电自感。?
在图乙中，断开开关S，灯泡A并非立即熄灭，而是过一会才逐渐熄灭，这种现象称断电自感。?
（3）分析论证?
闭合和断开开关，电流变大或变小，引起磁通量变化，产生感应电动势。?
要点提示 上述两种实验电路中有一个共同点，即闭合开关或断开开关时，流过线圈自身的电流都发生了变化。
2.自感现象?
由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。
疑点突破 自感现象是一种特殊的电磁感应现象；在断电自感实验中，S断开前后，流过灯泡A的电流实际上是自感线圈L的电流，因此方向与原方向?相反。???
三、自感现象的本质?
由法拉第电磁感应定律可知，穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势。在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势。?
1.自感电动势的作用?
总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着延缓电流变化的作用。?
2.自感电动势的方向?
自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。
深化升华 在图甲中，通电时产生的自感电动势阻碍线圈电流的增加，故此?A1?逐渐亮起来；在图乙中，断电时产生的自感电动势阻碍线圈中电流的减小，当S断开后，灯泡A和线圈L组成了新的闭合回路，自感电动势所提供的电流方向与线圈中原来的电流方向相同，但流过灯泡A的电流却和原来的相反。
3.在断电自感中，灯泡为什么会闪亮一下再熄灭？?
如图所示，将电路连接好，先闭合开关使灯泡亮起来，然后将开关断开，会发现灯泡猛得亮一下后再熄灭，这是为什么呢？?
原来，断开电路的瞬间，通过线圈L的电流要发生从有到无的巨大变化。由于自感现象，产生自感电动势来阻碍这种变化，此时由电源对灯泡A提供的电流已经消失，自感电动势来给灯泡供电，使灯泡不立即熄灭。若自感电动势对灯泡提供的瞬间电流比此前电源提供的大，灯泡就会出现闪亮一下的现象；若自感电动势给灯泡提供的瞬间电流不如原来大，只是延迟熄灭，不会出现闪亮一下的情况。由楞次定律可知，自感电动势给灯泡提供的电流与原来通过的电源提供的方向相反。
疑点突破 决定自感瞬间电流和电源供给灯泡的电流大小的因素是它们的电阻。原来电路闭合处于稳定状态时，L与A并联，其电流分别为IL和IA，方向都是由左向右，在断开S的瞬间，灯泡A中原来的从左到右的电流IA立即消失，但是灯泡A与线圈L构成一闭合电路，由于L自感作用，其电流IL不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱。如果原来的IL＞IA，即RL＜RA，则在灯泡熄灭之前要闪亮一下；如果原来IL≤IA，即RL≥RA，则灯泡A逐渐熄灭，不再闪亮一下。??
四、自感系数?
1.自感电动势E感?
自感电动势E感可以写成E感=n，由于磁通量的变化是电流的变化引起的，故此自感电动势的大小与电流变化的快慢有关，可表示为E感=L，式中L称为自感系数。?
要点提示 不同的线圈在电流变化一致的情况下，自感电动势不同，说明自感电动势与线圈构造有关。
2.自感系数?
（1）大小：线圈的长度越长，线圈的横截面积越大，单位长度上的匝数越多，线圈的自感系数就越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。?
（2）单位：亨利（符号H）1H=103mH=106μH??
（3）物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在1 S内改变1 A时产生的自感电动势的大小。
知识拓展 自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，自感系数只与其本身因素有关，与其他因素无关。??
五、磁场的能量?
从断电自感现象中体会线圈在通有电流时，线圈中储存有能量。在断开电路时，与线圈并联的灯泡会再亮一下后再熄灭，这就是线圈中储存的能量释放了出来。有电流时就有磁场，就有能量储存，无电流时无磁场，就没有能量储存，因此可以认为该能量储存在磁场中。
要点提示 电流大小是磁场能的标志。
问题·思路·探究
问题1 在探究断电自感现象的实验中（如图所示），为了使结果明显，要选择电阻值比灯泡灯丝阻值小得多的线圈。请分析这样做的原因。?
思路：在探究断电自感实验中，电路突然断开时，线圈中产生自感电动势阻碍电流的从有到无的变化。此时由电源对灯泡A提供的电流已经消失，线圈和灯泡组成了一个新的闭合电路，自感电动势来给灯泡供电，使灯泡不立即熄灭，而是由电感原来的电流IL逐渐减小到零。如果线圈的电阻比灯丝的电阻小得多，断开前线圈中电流要比灯泡中电流大得多，断开后线圈电流逐渐减小直至完全消失，灯泡由于有IL流过，且电流大于原来电流，因而要闪亮一下然后渐渐熄灭，因此现象明显。?
探究：电源电压使用直流12 V稳压电源或电池、灯泡（6.3 V 0.15 A）、电感器（不同阻值）按照图示连接电路图，换用不同的电感，注意观察实验现象。
问题2 自感现象在电工技术和电子技术中应用广泛，但是自感现象有时也会带来危害。?（1）走在大街上，在无轨电车转弯时，常常可以看见电车的弓形拾电器与电线接触的位置打出火花来，如图所示，试分析这种现象产生的原因。?
（2）如图所示，切断电源的瞬间，在开关的两端会出现很高的电压，形成电弧，电弧不仅会烧蚀开关，有时还会危及人员的安全，试分析这种现象产生的原因。?
思路：两种现象都是由于线圈的自感系数太大，断电时产生过高的自感电动势，造成放电现象。?
探究：（1）无轨电车的弓形拾电器如果瞬间跳离电线，由于车内电动机的线圈实际是个自感系数很大的电感器，这时很大的自感电动势会在拾电器与电线之间产生电弧。?
（2）在自感系数很大，电流很强的电路中，切断电源的瞬间都会产生很大的自感电动势，使开关两端出现很高的电压，形成电弧。
诱学·导入·点拨
材料：如图所示，李辉用多用电表的欧姆挡测量一个变压器线圈的电阻，已判断它是否断路。刘伟为了使李辉操作方便，用两手分别握住线圈的两端让李辉测量，测量后李辉确认线圈没有断路，因为多用电表的表盘显示线圈有一定的电阻。正当李辉把多用电表的表笔与线圈脱离时，刘伟突然惊叫起来，觉得有电击感。李辉很奇怪，用手摸摸线圈的两端，没什么感觉，再摸摸多用电表的表笔两端，也没什么感觉。?
问题：试想为什么刘伟感到电击而李辉没有感到，这是什么原因呢？?
导入点拨：根据多用电表欧姆挡测电阻的原理可知，当两表笔与线圈相连时，表内电源与线圈构成闭合回路，线圈中有电流。两表笔与线圈断开时，电流减小到零，这一瞬间，通过变压器线圈中的磁通量发生了变化，在线圈中会产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势很大，所以刘伟会感到电击。当李辉再去摸时，这一感应电动势已经消失，所以他不会有电击的感觉。
知识·巧学·升华
一、互感现象?
1.实验探究?
在如图所示的电路中，当闭合和断开开关S时，电流计的指针有什么变化？该电路中两个线圈所组成的电路彼此不通，电流计中的电流是如何产生的？
（1）现象：闭合电键S和断开电键S时，电流计的指针发生偏转。?
（2）分析论证：M线圈中磁场发生变化，引起N中磁通量变化，产生感应电动势，形成感应电流。?
2.互感现象?
在上图所示的电路中，左侧线圈中的电流发生变化时，它所产生的变化的磁场会在右侧线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感，这种电动势叫做互感电动势。
要点提示 （1）互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且发生于任何相互靠拢的电路之间；（2）互感现象可以把能量由一个电路转移到另一个电路。
3.在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作，这时要求设法减小电路间的互感现象。?
二、自感现象
1.实验探究?
（1）实验电路?
在图甲所示的电路中，先闭合开关S，调节R使两灯泡的亮度相同，再调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S。?
重新接通电路。注意观察，在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况有何不同？在图4-6-3乙中，断开开关的瞬间，观察灯泡A是否会立即熄灭？?
（2）实验现象?
在图甲中，闭合开关S，灯泡A2立即正常发光，而跟线圈L串联的灯泡A1却是逐渐亮起来的，这种现象称通电自感。?
在图乙中，断开开关S，灯泡A并非立即熄灭，而是过一会才逐渐熄灭，这种现象称断电自感。?
（3）分析论证?
闭合和断开开关，电流变大或变小，引起磁通量变化，产生感应电动势。?
要点提示 上述两种实验电路中有一个共同点，即闭合开关或断开开关时，流过线圈自身的电流都发生了变化。
2.自感现象?
由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。
疑点突破 自感现象是一种特殊的电磁感应现象；在断电自感实验中，S断开前后，流过灯泡A的电流实际上是自感线圈L的电流，因此方向与原方向?相反。???
三、自感现象的本质?
由法拉第电磁感应定律可知，穿过线路的磁通量发生变化时，线路中就产生感应电动势。在自感现象中，由于流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生自感电动势。?
1.自感电动势的作用?
总是阻碍导体中原电流的变化，即总是起着延缓电流变化的作用。?
2.自感电动势的方向?
自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，当原来电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。
深化升华 在图甲中，通电时产生的自感电动势阻碍线圈电流的增加，故此?A1?逐渐亮起来；在图乙中，断电时产生的自感电动势阻碍线圈中电流的减小，当S断开后，灯泡A和线圈L组成了新的闭合回路，自感电动势所提供的电流方向与线圈中原来的电流方向相同，但流过灯泡A的电流却和原来的相反。
3.在断电自感中，灯泡为什么会闪亮一下再熄灭？?
如图所示，将电路连接好，先闭合开关使灯泡亮起来，然后将开关断开，会发现灯泡猛得亮一下后再熄灭，这是为什么呢？?
原来，断开电路的瞬间，通过线圈L的电流要发生从有到无的巨大变化。由于自感现象，产生自感电动势来阻碍这种变化，此时由电源对灯泡A提供的电流已经消失，自感电动势来给灯泡供电，使灯泡不立即熄灭。若自感电动势对灯泡提供的瞬间电流比此前电源提供的大，灯泡就会出现闪亮一下的现象；若自感电动势给灯泡提供的瞬间电流不如原来大，只是延迟熄灭，不会出现闪亮一下的情况。由楞次定律可知，自感电动势给灯泡提供的电流与原来通过的电源提供的方向相反。
疑点突破 决定自感瞬间电流和电源供给灯泡的电流大小的因素是它们的电阻。原来电路闭合处于稳定状态时，L与A并联，其电流分别为IL和IA，方向都是由左向右，在断开S的瞬间，灯泡A中原来的从左到右的电流IA立即消失，但是灯泡A与线圈L构成一闭合电路，由于L自感作用，其电流IL不会立即消失，而是在回路中逐渐减弱。如果原来的IL＞IA，即RL＜RA，则在灯泡熄灭之前要闪亮一下；如果原来IL≤IA，即RL≥RA，则灯泡A逐渐熄灭，不再闪亮一下。??
四、自感系数?
1.自感电动势E感?
自感电动势E感可以写成E感=n，由于磁通量的变化是电流的变化引起的，故此自感电动势的大小与电流变化的快慢有关，可表示为E感=L，式中L称为自感系数。?
要点提示 不同的线圈在电流变化一致的情况下，自感电动势不同，说明自感电动势与线圈构造有关。
2.自感系数?
（1）大小：线圈的长度越长，线圈的横截面积越大，单位长度上的匝数越多，线圈的自感系数就越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。?
（2）单位：亨利（符号H）1H=103mH=106μH??
（3）物理意义：表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量，数值上等于通过线圈的电流在1 S内改变1 A时产生的自感电动势的大小。
知识拓展 自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量，自感系数只与其本身因素有关，与其他因素无关。??
五、磁场的能量?
从断电自感现象中体会线圈在通有电流时，线圈中储存有能量。在断开电路时，与线圈并联的灯泡会再亮一下后再熄灭，这就是线圈中储存的能量释放了出来。有电流时就有磁场，就有能量储存，无电流时无磁场，就没有能量储存，因此可以认为该能量储存在磁场中。
要点提示 电流大小是磁场能的标志。
问题·思路·探究
问题1 在探究断电自感现象的实验中（如图所示），为了使结果明显，要选择电阻值比灯泡灯丝阻值小得多的线圈。请分析这样做的原因。?
思路：在探究断电自感实验中，电路突然断开时，线圈中产生自感电动势阻碍电流的从有到无的变化。此时由电源对灯泡A提供的电流已经消失，线圈和灯泡组成了一个新的闭合电路，自感电动势来给灯泡供电，使灯泡不立即熄灭，而是由电感原来的电流IL逐渐减小到零。如果线圈的电阻比灯丝的电阻小得多，断开前线圈中电流要比灯泡中电流大得多，断开后线圈电流逐渐减小直至完全消失，灯泡由于有IL流过，且电流大于原来电流，因而要闪亮一下然后渐渐熄灭，因此现象明显。?
探究：电源电压使用直流12 V稳压电源或电池、灯泡（6.3 V 0.15 A）、电感器（不同阻值）按照图示连接电路图，换用不同的电感，注意观察实验现象。
问题2 自感现象在电工技术和电子技术中应用广泛，但是自感现象有时也会带来危害。?（1）走在大街上，在无轨电车转弯时，常常可以看见电车的弓形拾电器与电线接触的位置打出火花来，如图所示，试分析这种现象产生的原因。?
（2）如图所示，切断电源的瞬间，在开关的两端会出现很高的电压，形成电弧，电弧不仅会烧蚀开关，有时还会危及人员的安全，试分析这种现象产生的原因。?
思路：两种现象都是由于线圈的自感系数太大，断电时产生过高的自感电动势，造成放电现象。?
探究：（1）无轨电车的弓形拾电器如果瞬间跳离电线，由于车内电动机的线圈实际是个自感系数很大的电感器，这时很大的自感电动势会在拾电器与电线之间产生电弧。?
（2）在自感系数很大，电流很强的电路中，切断电源的瞬间都会产生很大的自感电动势，使开关两端出现很高的电压，形成电弧。